DE1224947B - Vorrichtung zur visuellen Loesung einer Dreiecksaufgabe - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. CL:

GOIc

Deutsche Kl.: 42 c - 41

Nummer: 1224 947

Aktenzeichen: M 50200IX b/42 c

Anmeldetag: 1. September 1961

Auslegetag: 15. September 1966

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur visuellen Lösung einer Dreiecksaufgabe.

Eine bekannte Vorrichtung dieser Art enthält zwei über einem Meßtisch in einer zum Meßtisch parallelen Ebene einstellbar angeordnete Lichtquellen, die zwei Lichtbündel auf den Meßtisch projizieren, deren Mittelpunkte jeweils mit einem der bekannten Scheitelpunkte des Dreiecks zusammenfallen, und die jeweils eine konzentrisch zu den Mittelpunkten liegende kreisförmige Marke enthalten, die der Entfernung des dritten Scheitelpunktes von dem jeweiligen bekannten Scheitelpunkt entspricht, so daß die Schnittpunkte der Entfernungsmarken die Lage des dritten Scheitelpunktes definieren. Die Entfernungsmarke in jedem Lichtbündel ist ein Kreis bestimmten Durchmessers aus einer gemeinsam projizierten Schar von konzentrischen Kreisen mit wachsenden Durchmessern.

Für beliebig vorgegebene Entfernungen zwischen den beiden bekannten Dreieckspunkten und dem zu bestimmenden dritten Dreieckspunkt kann aus den Kreisscharen der jeweils zutreffende Entfernungskreis herausgesucht und aus den Schnittpunkten der beiden bestimmten Entfernungskreise die Lage des gesuchten dritten Dreieckspunktes ermittelt werden.

Diese bekannte Vorrichtung hat den Nachteil, daß aus zwei Scharen konzentrischer Kreise jeweils ein der vorgegebenen Entfernung entsprechender Kreis herausgesucht werden muß und diese beiden Kreise bis zu ihrem Schnittpunkt verfolgt werden müssen, um den gesuchten dritten Dreieckspunkt zu ermitteln. Dieses Aufsuchen des dritten Dreieckspunktes ist bei der bekannten Vorrichtung wegen der Vielzahl der konzentrischen Kreise schwierig, was bei der Geschwindigkeit, mit der der dritte Dreieckspunkt ermittelt werden muß, von großem Nachteil ist. Auch kann es wegen der Unübersichtlichkeit des auf dem Bildschirm erscheinenden Bildes leicht zu Irrtümern beim Heraussuchen der zum Schnitt zu bringenden Kreise kommen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diese Nachteile zu beseitigen und eine Vorrichtung zu schaffen, bei der der dritte Dreieckspunkt leicht, schnell und zuverlässig richtig auffindbar ist.

Diese Aufgabe wird bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung dadurch gelöst, daß der Rand jedes Lichtbündels als Entfernungsmarke dient und die Einstellung dieser Entfernungsmarke durch entsprechende Einstellung des Lichtbündeldurchmessers erfolgt.

Auf dem Meßtisch erscheint daher bei erfindungsgemäßer Ausgestaltung der Vorrichtung ein einVorrichtung zur visuellen Lösung einer
Dreiecksaufgabe

Anmelder:

The Minister of National Defence of Her Majesty's Canadian Government,
Ottawa, Ontario (Kanada)

Vertreter:

Dipl.-Phys. W. Kemp, Patentanwalt,
Köln-Lindenthal, Goldenfelsstr. 24

Als Erfinder benannt:

Jerauld George Wright, Dartmouth;

Nova Scotia,

Hugh William Wilson,

Osgoode, Ontario (Kanada)

deutiges Bild, aus dem leicht und ohne daß Irrtümer möglich wären, der dritte Dreiecksscheitelpunkt erkennbar ist.

In einer bevorzugten Ausführungsform zeichnet sich die Vorrichtung gemäß der Erfindung dadurch aus, daß unter jeder Lichtquelle eine verstellbare Blende angeordnet ist und daß für jede Blende eine Folgesteuerung vorgesehen ist, die aus einem Motor zum Öffnen und Schließen der Blende, einem mit der Blende verbundenen Potentiometer zur Erzeugung eines elektrischen Analogwertes zur Öffnungsweite der Blende sowie einer Vergleichsvorrichtung zum Vergleichen des Analogwertes der Blendenöffnungsweite mit dem Analogwert der zugehörigen Entfernung und zur Speisung des jeweiligen Motors im Sinne der Beseitigung der Differenz zwischen beiden Analogwerten besteht.

Durch diese Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist es möglich, die Durchmesser der Lichtbündel auf einfache Weise und schnell den vorgegebenen Entfernungsgrößen gemäß einzustellen, so daß der gesuchte dritte Dreiecksscheitelpunkt unmittelbar nach Ermittlung und Einspeisung der vorgegebenen Entfernungsgrößen auf dem Meßtisch ablesbar ist.

Um auch die Fokussierung der beiden Lichtbündel auf die beiden bekannten Dreiecksscheitelpunkte schnell und einfach bewerkstelligen zu können, zeichnet sich die Vorrichtung gemäß einer beson-

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deren Ausführungsform der Erfindung dadurch aus, daß die Lichtquellen in Halterungen an einer zum Meßtisch parallelen Wand einstellbar befestigt sind, daß diese Wand für jede Lichtquelle eine Öffnung aufweist, in der die Lichtquelle mit einem den Öffnungsrand ergreifenden Flanschenpaar -festspannbar ist, und daß die Flansche durch einen Spannstift verbunden sind, wobei die Spannung durch eine Feder erzeugt wird, die durch einen rüit einem Betätigungsknopf versehenen Nockenhebel nach Wunsch gespannt oder gelöst werden kann.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden beschrieben.

F i g. 1 ist eine schematische Darstellung des ersten Lösungsschrittes bei der Bestimmung eines Dreiecks, wobei zwei mögliche Lösungen gezeigt sind;

Fig. 2 ist eine schematische Darstellung des zweiten Lösungsschrittes, welcher in Verbindung mit der Teillösung gemäß Fig. 1 eine eindeutige Bestimmung des Dreiecks ermöglicht;

Fig. 3 ist eine Seitenansicht, teilweise im Schnitt, des Gerätes gemäß der Erfindung;

Fig. 4 ist ein Schnitt entlang der Linie IV-IV aus Fig. 3;

Fig. 5 ist eine schematische Darstellung der elektrischen Steuerschaltung des Geräts nach Fig. 3.

Für die Bestimmung eines gegebenen Dreiecks kennt der Bedienungsmann die Lagen zweier Scheitelpunkte, und seine Aufgabe ist es, die Lage des dritten Scheitelpunktes zu finden. Er richtet zwei Lichtbündel auf einem Bildschirm so ein, daß jeweils der Mittelpunkt der Lichtbündel mit der Lage der beiden Scheitelpunkte übereinstimmt. Er hat außerdem eine Information über die Entfernungen des unbekannten dritten Scheitelpunktes gegenüber den anderen Scheitelpunkten zur Verfügung, und diese Information gibt er an Steuermittel für die Durchmesser der auf dem Bildschirm projizierten Lichtbündel, so daß die Schnittpunkte der Lichtbündel die Lage des dritten Scheitelpunktes des Dreiecks definieren.

Eine praktische Anwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist z. B. die Ortung von Unterseebooten von einem Flugzeug aus mit Hilfe von Echo-Entfernungsmessungen. Ein entsprechendes Dreieck ist in den Fig. 1 und 2 dargestellt, wobei der unbekannte Scheitelpunkt des Dreiecks in F i g. 1 das Ziel T und die bekannten Scheitelpunkte die Positionen der Abhorchvorrichtungen S₁ und S₂ sind. In F i g. 2 ist der unbekannte Scheitelpunkt wiederum das Ziel T, und die bekannten Scheitelpunkte sind die Positionen einer Abhorchvorrichtung S₃ und einer Schallquelle C₃.

Die eindeutige Lösung der Dreiecksaufgabe erfolgt in zwei Schritten. Bei Schritt 1 (Fig. 1) werden zwei Abhörvorrichtungen S₁ und S₂ sowie eine Schallquelle (eine Sprengladung) benutzt; bei Schritt 2 (F i g. 2) werden eine Abhörvorrichtung S₃ (F i g. 2) und zwei Schallquellen C₂ und C₃ benutzt.

Wie in den F i g. 3 und 4 dargestellt, ist an der Beobachtungsstation des Flugzeuges über einem (nicht dargestellten) Meßtisch ein Kasten 10 angeordnet. Der Kasten enthält zwei punktförmige Lichtquellen 11 und 12, die so angeordnet sind, daß sie relativ zur oberen Wand 13 des Gehäuses 14 verschoben werden können. Die Lampen 11 und 12 sind in identischen Haltern 16 und 17 angeordnet, welche Flansche 18 und 19 aufweisen. Die Flansche schließen kreisförmige Öffnungen 20 in der oberen Wand 13 des Gehäuses zwischen sich ein. In ihrer Verriegelungsstellung werden die Flansche in einer bestimmten Lage, zur oberen Wand 13 von einer Feder 22 gehalten, die sich auf der Oberseite des Flansches 19 abstützt und diesen gegen die obere Wand 13 drückt. Ein zentral zu den Flanschen verlaufender Stift greift durch die Öffnung in der oberen

ίο Wand 13 und hält den unteren Flansch 18. Der Stift 25 ist am oberen Flansch 19 befestigt und trägt infolgedessen das Gewicht des Halters 16. Ein Nockenhebel 27, der einen Betätigungsknopf 28 aufweist, ist so ausgebildet, daß er bei seiner Betätigung die Feder 22 freigibt und es ermöglicht, daß die Kappe 30 des Halters 16 innerhalb der durch die kreisförmige Öffnung 20 vorgegebenen Begrenzung verschoben werden kann. Es ist daher möglich, die Halter 16 und 17 zu bewegen, und zwar derart, daß die Lage des auf den Meßtisch projizierten Lichtbündels gewählt werden kann.

Die Lampen 11 und 12 sind so angeordnet, daß sie ihre Lichtbündel nach unten durch zwei Kamerablenden 33 und 34 werfen. Die beiden Blenden sind gleich, und jede hat die gleichen mechanischen Elemente. Die Flügelblätter 35 der Blenden sind an der Bodenplatte 36 des Kastens mit Stiften 37 befestigt, und sie sind mit einem Zahnkranz 39 versehen, dessen Drehung die Flügelblätter 35 so bewegt, daß sie die Öffnung 40 öffnen oder schließen. Der Zahnkranz 39 kämmt mit einem Zahnkranz 41, der auf der Welle eines Potentiometers 45 befestigt ist, und mit einem Zahnkranz 46, der auf der Welle eines Motors 47 befestigt ist. Die Kamerablende 34 ist mit einem dem Zahnkranz 39 entsprechenden Zahnkranz ausgestattet, der mit einem dem Zahnkranz 46 entsprechenden Zahnkranz am Motor 50 und einem dem Zahnkranz 41 entsprechenden Zahnkranz am Potentiometer 52 kämmt. Wie weiter unten erläutert wird, sind der Motor 47 und das Potentiometer 45 bzw. der Motor 50 und das Potentiometer 52 elektrisch derart untereinander verbunden, daß die erforderliche Einstellung der Blenden 33 und 34 herbeigeführt wird, wodurch der Durchmesser der von den Lampenil und 12 abgestrahlten Lichtbündel einreguliert wird. Blende, Motor und Potentiometer mit ihren verbindenden Teilen bilden daher eine Steuervorrichtung für den Lichtbündeldurchmesser.

Unter den Blenden 33 und 34 sind zwei Glasfenster 55 und 56 angeordnet, durch welche die Lichtbündel von den Lampen abgestrahlt werden. Eines dieser Fenster, z. B. das Fenster 56, kann gefärbt sein, so daß das von der Lampe 12 abgestrahlte Lichtbündel eine etwas andere Farbe hat als das von der Lampe 11 abgestrahlte Lichtbündel, wodurch es dem Bedienungsmann möglich wird, sofort die Lichtquelle zu identifizieren, welche das auf seinen Meßtisch gestrahlte Lichtbündel erzeugt.

Zwei Verschlußklappen 58 und 59 sind um die Punkte 60, 61 drehbar angeordnet, so daß sie sich zwischen die Lichtbündel und die Blenden legen können. Diese Verschlußklappen werden benutzt, wenn die Blenden eingestellt werden, damit verhindert wird, daß der Bedienungsmann falsch abliest, solange die Blenden noch betätigt werden. Diese Verschlußklappen werden mittels einer Schnur 62 betätigt, die von einem nicht dargestellten Motor angetrieben wird.

Schritt 1

Wie oben erwähnt, werden bei diesem Schritt zwei Abhörvorrichtungen S₁ und S₂ benutzt, um mit Hilfe einer Echo-Entfernungsmeßvorrichtung eine Information über die Entfernung des Zieles T zu erhalten. Die Schallquelle ist eine Sprengladung, die in Nähe der Abhörvorrichtung S₁ abgeworfen wird.

Die Bodenpositionen der Abhörvorrichtungen S₁ und S₂ werden vom Beobachter auf dem Meßtisch markiert und danach die Lichtbündel der Lampen 11 und 12 so einstellt, daß der Mittelpunkt des Lichtbündels mit den Bodenpositionen der Abhörvorrichtungen S₁ und S₂ übereinstimmt.

In der Schaltung gemäß F i g. 5 befinden sich bei diesem Schritt die Schalter 64, 65 und 66 in ihrer geschlossenen oder voll ausgezeichneten Stellung. Die von den Abhörvorrichtungen S₁ und S₂ erhaltene Schallwelleninformation wird in an sich bekannter Weise als Entfernungsinformation an Potentiometern 111, 112 bereitgestellt. Die Motoren und Potentiometer, die oben bereits mit Bezugnahme auf die F i g. 3 und 4 erwähnt wurden, tragen in der F i g. 5 die gleichen Bezugszeichen.

Eine Lichtbündel-Steuerinformation in Form einer der Entfernung R₁ (F i g. 1) entsprechenden Spannung wird am Potentiometer 111 abgegriffen und über die Leitung 70 einem Nullverstärker 73 zugeführt. Der Verstärker 73 hat eine Stromzufuhrleitung 74, die über den Schalter 64 angeschlossen ist. Eine elektrische Verbindung 76 koppelt den Ausgang des Verstärkers 73 mit einem Folgemotor 47. Die Getriebeverbindung zwischen dem Motor 47 und dem Potentiometerschleifer 79 des Potentiometers 45 ist schematisch durch die gestrichelte Linie 78 angedeutet. Der Schleifer 79 führt einen zweiten Eingangswert an den Verstärker 73 vom Potentiometer 45 über Leitung 81 und Schalter 65 heran. Die Stellung des Schleifkontakts 79 ist ein Maß für die öffnungsweite der Öffnung 40 der Blende 33. Die über die Leitungen 70 und 81 herangeführten Signale werden im Verstärker 73 verglichen, und es wird ein Abweichsignal erzeugt, das über die Leitung 76 zum Motor 47 geführt wird, wo es den Motor 47 veranlaßt, über die Getriebeverbindung 78 den Schleifkontakt 79 des Potentiometers 45 derart auf einen Gleichgewichtspunkt zu schieben, daß die Spannungen in den elektrischen Leitungen 70 und 81 sich aufheben. Infolgedessen erhält die Öffnung 40 der Blende 34 eine Größe, bei welcher der Radius des projizierten Lichtbündels der Lampe 11 der Entfernung R₁ entspricht. Gleichzeitig wird eine der Entfernung .R₁ + R₂ (Fi g. 1) entsprechende Spannung am Potentiometer 112 abgegriffen und über die Leitung 84 an einen zweiten Nullverstärker 85 geführt. Der Ausgang des Verstärkers 85 wird über die Leitung 86 mit dem Folgemotor 50 verbunden, wobei die Getriebeverbindung zwischen dem Motor 50 und dem Schleifkontakt 89 des Potentiometers 52 schematisch bei 88 angedeutet ist. Das Potentiometer 52 wirkt, ähnlich wie das Potentiometer 45, als Folgepotentiometer, so daß die über die Leitung 91 zur Verfügung gestellte und als Eingang an den Verstärker 85 geführte Spannung mit der Spannung in Leitung 84 verglichen wird. Es ist zu bemerken, daß die Spannung in Leitung 91 wegen der Querverbindung der Leitung 66 a der Entfernung R₁ + R₂ entspricht. Das somit in diesem Verstärker erzeugte Abweichsignal wird, wie oben beschrieben, dazu benutzt, die Blende 34 zu verstellen und den Durchmesser des von der Lampe 12 abgestrahlten Lichtbündels derart zu steuern, daß der Radius dieses Lichtbündels der Entfernung R₂ entspricht.

Wenn die Einstellung der Blenden 33 und 34 beendet ist, werden die Verschlußklappen 58, 59 geöffnet, und der Beobachter erhält auf seinem Meßtisch eine Überschneidung seiner beiden projizierten Lichtbüdel. Die Schnittpunkte werden eingezeichnet,

ίο und somit hat der Beobachter zwei mögliche Bodenpositionen für das Ziel T.

In der Steuerschaltung sind Transformatoren 95 und 96 in Serie geschaltet, wobei die Transformatoren Mittelanzapfungen 97 und 98 aufweisen. Schalter 100 und 101 verbinden die Potentiometer 45 und 52 entweder mit allen Windungen der Transformatoren oder mit den Anzapfungen 97 und 98. Der Zweck der Transformatoren 95 und 96 ist es, zu ermöglichen, daß die Blenden 33 und 34 mit mehreren

zo Maßstäben betätigt werden können. Mit einer variablen Anzapfung an den Transformatoren ist es möglich, den Betriebsmaßstab in einem weiten Bereich zu ändern.
Wenn die beiden möglichen Positionen des Ziels T eingezeichnet sind, werden die Verschlußklappen 58 und 59 geschlossen. Um zu bestimmen, welche der beiden möglichen Positionen die tatsächliche Zielposition ist, wird Schritt 2 durchgeführt.

Schritt 2

Bei diesem Bedienungsschritt werden eine Abhörvorrichtung S₃ (F i g. 2) und zwei Schallquellen (Sprengladungen) C₂ und C₃ benutzt. Die Position der Abhörvorrichtung S₃ bildet einen Scheitelpunkt

des zu bestimmenden Dreiecks, und die Position der zweiten Ladung C₃ bildet den zweiten Scheitelpunkt, während der dritte Scheitelpunkt wiederum die Position des Zieles T ist.

Es werden zwei Aufzeichnungen gemacht, von denen die erste für die Ladung C₂ bestimmt ist, welche nahe bei der Abhörvorrichtung S₃ abgeworfen wird. Während des Aufzeichnens der Explosionen befindet sich die Steuerschaltung in der Schaltstellung für Schritt 1. Dann werden die drei »Gedächtnis«- Schalter 64, 65 und 66 in die gestrichelt eingezeichnete Stellung gelegt.

Da somit der Verstärker 73 aus dem Stromkreis ausgeschaltet ist, bleibt der Potentiometerschleifer 79 fest stehen. Die Spannung an diesem Schleifkontakt wird nunmehr an Stelle der über die Leitung 70 vom Potentiometer 111 zugeführten Spannung benutzt, da Schalter 66 offen und Schalter 65 oeschlossen ist.

Es wird nunmehr die zweite Aufzeichnung gemacht, wobei die Ladung C₃ benutzt wird, die in

einem bekannten Abstand B von S₃ abgeworfen wird.

Der Beobachter stellt den Mittelpunkt des von der

Lampe 12 abgestrahlten Lichtbündels so ein, daß er mit der Bodenposition der Abhörvorrichtung S₃ übereinstimmt, und der Mittelpunkt des von der Lampe 11 abgestrahlten Lichtbündels wird so eingestellt, daß er mit der Bodenposition von C₃ übereinstimmt. Das Potentiometer 112 liefert eine Entfernungsinformation über den Abstand des Ziels von der Abhörvorrichtung S₃, und diese wird über die Leitung 84 in den Verstärker 85 eingeführt. Diese Information ist eine dem Abstand R₃ + i?₄ — B entsprechende Spannung. Weil diese Information das Entfernungs-

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glied B enthält, ist es erforderlich, dem Potentiometer 52 eine entsprechende Vorspannung zu geben. Zu diesem Zweck leitet der Beobachter in den Lösekreis eine Korrekturspannung ein, welche einer Entfernung B in gleichem Maßstab wie R₁ entspricht, indem er zwecks Auswahl eines Kontaktes 106 den Schalter 105 betätigt.

Der Motor 50 folgt dem Signal vom Verstärker 85 und öffnet die Blende 34 um einen Abstand, welcher der Entfernung R₃ entspricht. Die Verschlußklappen 58 und 59 werden dann geöffnet und die Schnittpunkte der Lichtbündel eingezeichnet. Hierbei ergeben sich wiederum zunächst zwei Schnittpunkte, jedoch wird einer der beiden Schnittpunkte mit einem der bei Schritt 1 ermittelten Schnittpunkte zusammenfallen. Dies ist die tatsächliche Position des Zieles.

Jedem Nockenhebel 27 an den beiden Lampenhaltern ist ein Mikroschalter zugeordnet, der so ausgebildet, ist, daß er die zugehörige Blende auf ihre geringste Öffnungsweite schließt, wenn der Knopf 28 betätigt wird, um eine Bewegung der Lampe und des Lampenhalters zu ermöglichen. Beim Einstellen des projizierten Lichtbündels hat somit der Beobachter ein Bündel geringsten Durchmessers, wodurch die genaue Einstellung der Lichtbündel erleichtert wird.

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur visuellen Lösung einer Dreiecksaufgabe mit zwei über einem Meßtisch in einer zum Meßtisch parallelen Ebene einstellbar angeordnete Lichtquellen, die zwei Lichtbündel auf den Meßtisch projizieren, deren Mittelpunkte ,jeweils mit einem der bekannten Scheitelpunkte des Dreiecks zusammenfallen und die jeweils eine konzentrisch zu den Mittelpunkten liegende kreisförmige Marke enthalten, die der Entfernung des dritten Scheitelpunktes von dem jeweiligen bekannten Scheitelpunkt entspricht, so daß die Schnittpunkte der Entfernungsmarken die Lage des dritten Scheitelpunktes definieren, dadurch gekennzeichnet, daß der Rand jedes Lichtbündels als Entfernungsmarke dient und die Einstellung dieser Entfernungsmarke durch entsprechende Einstellung des Lichtbündeldurchmessers erfolgt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß unter jeder Lichtquelle (11,12) eine verstellbare Blende (33, 34) angeordnet ist und daß für jede Blende eine Folgesteuerung vorgesehen ist, die aus einem Motor (47, 50) zum Öffnen und Schließen der Blende, einem mit der Blende verbundenen Potentiometer (45, 52) zur Erzeugung eines elektrischen Analogwertes zur Öffnungsweite der Blende sowie einer Vergleichsvorrichtung (73, 85) zum Vergleichen des Analogwertes der Blendenöffnungsweite mit dem Analogwert der zugehörigen Entfernung und zur Speisung des jeweiligen Motors im Sinne der Beseitigung der Differenz zwischen beiden Analogwerten besteht.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquellen (11, 12) in Halterungen (16, 17) an einer zum Meßtisch parallelen WanÜ (13) einstellbar befestigt sind, daß diese Wand für jede Lichtquelle eine Öffnung (20) aufweist, in der die Lichtquelle mit einem den Öffnungsrand ergreifenden Flanschenpaar (18, 19) festspannbar ist, und daß die Flansche (18, 19) durch einen Spannstift (25) verbunden sind, wobei die Spannung durch eine Feder (22) erzeugt wird, die durch einen mit einem Betätigungsknopf (28) versehenen Nockenhebel (27) nach Wunsch gespannt oder gelöst werden kann.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Französische Patentschrift Nr. 1005 897;
britische Patentschrift Nr. 358 835.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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